C语言入门

前言

　　计算机程序是一组计算机能识别和执行的命令。

　　计算机语言经历了三个发展阶段:（1）机器语言；（2）符号语言；（3）高级语言。

　　计算机直接识别和接受二进制代码称为机器指令。

　　机器语言是计算机最原始的语言，直接使用二进制（0和1）编写的语言，是机器指令的集合。

　　符号语言是用人类容易记忆的语言和符号来表示一组0和1的代码。

　　高级语言不依赖于具体机器，用它写出的程序对计算机都使用，语言功能很强。

　　高级语言经历了不同的发展阶段：（1）非结构化的语言。（2）结构化语言。（3）面向对象的语言。

C语言简介

　　最初的C语言只是为了描述和实现UNIX操作系统提供一种工作语言而设计的。

　　C语言主要特点是（1）语言简洁、紧凑，使用方便、灵活；2）运算符丰富；（3）数据类型丰富；（4）具有结构化的控制语句；（5）语法限制不太严格、程序设计自由度大；（6）C语言允许直接访问物理地址，能进行位操作，能实现汇编语言的大部分功能，可以直接对硬件进行操作（7）C语言程序可移植性好；（8）生成目标代码质量高，程序执行效率高。

 　 一个C语言程序的结构特点如下：

　　　　（1）一个程序由一个或多个源程序文件组成。其中，一个源程序文件由预处理命令、全局声明、函数定义组成。

　　　　（2）函数是C程序的主要组成部分。函数是C程序的基本单位。

　　　　（3）一个函数包括两部分：函数首部和函数体。其中，函数体分为声明部分和执行部分。

　　　　（4）程序总是从main函数开始执行。

　　　　（5）程序对计算机的操作是由函数中的C语句完成。

　　　　（6）每个数据声明和语句的最后必须有一个分号。

　　　　（7）程序应当包含注释。

　　C语言程序编译过程分为四个步骤：预处理（Preprocessing）、编译（Compilation）、汇编（Assemble）、链接(Linking）。即如下图

　　

　　　　　　　　　　

 　　人生若只如初见，我们总是怀念第一次相见的感觉。正如学习C语言时所接触的第一个程序（万能的hello world）。本文以linux下环境下,编辑源程序（helloword.c）如下：

#include<stdio.h>

int main(void)
{
  printf("Hello World!\n");
  return 0;        
}

　　预处理：用于处理将所有的#include头文件以及宏定义替换成其真正的内容，并处理所有的条件编译指令。

# gcc -E helloworld.c -o helloworld.i

 　　编译：把高级语言翻译成机器语言的过程，即经过预处理后的程序转换成特定的汇编代码的过程。编译的过程实质上对预处理的程序做了：（1）词法分析；（2）语法分析；（3）语义分析；（4）优化后生成响应的汇编代码。

# gcc -S helloworld.c -o helloworld.s

 　　此处为该汇编代码如下：

.file    "helloworld.c"
    .text
    .section    .rodata
.LC0:
    .string    "Hello World!"
    .text
    .globl    main
    .type    main, @function
main:
.LFB0:
    .cfi_startproc
    pushq    %rbp
    .cfi_def_cfa_offset 16
    .cfi_offset 6, -16
    movq    %rsp, %rbp
    .cfi_def_cfa_register 6
    leaq    .LC0(%rip), %rdi
    call    puts@PLT
    movl    $0, %eax
    popq    %rbp
    .cfi_def_cfa 7, 8
    ret
    .cfi_endproc
.LFE0:
    .size    main, .-main
    .ident    "GCC: (Ubuntu 7.3.0-27ubuntu1~18.04) 7.3.0"
    .section    .note.GNU-stack,"",@progbits

　　汇编：把汇编代码转换成机器语言，并产生目标文件（二进制格式）。

# gcc -c helloworld.s -o helloworld.o

 　　链接：把多个目标文件以及所需的库文件链接成为最终的可执行文件。

# gcc helloworld.o -o helloworld

　　运行：直接运行可执行程序，如图下：

# ./helloworld

　　综上所述，C语言编译过程经过预处理、编译、汇编、链接、运行，即可。很多时候，若源文件很多，则可以忽略一些中间过程，直接生成可执行文件，如下：

# gcc helloworld.c -o helloworld
# ./helloworld

结语

　　通过深入分析C语言编译过程，能加深对C语言编译过程的预处理、编译、汇编、链接的理解，同时，增加对C语言程序调试时对问题的判断和修改，有助于提高自己的C语言编码能力。最后，每一次总结，总会有些感悟和理解，希望借此激励自己一点点进步。

 

参考文献

1.https://www3.ntu.edu.sg/home/ehchua/programming/cpp/gcc_make.html